发明内容

本发明的目的是提高气固接触装置中的可用反应器容积的利用率。

本发明的另一目的是改善停留时间的均匀性，并因此改善颗粒材料与气体之间的接触时间，由此改进对单个颗粒的加工。

本发明的又一目的是与具有相似直径的现有技术构型相比允许停留时间延长超过上述典型值，由此至少部分地避免如果需要更长的加工时间则需要串联的多个反应器的必要性。

根据本发明，一种通过与气体流接触来加工颗粒材料流的装置包括：

壳体，该壳体限定加工室，

加工室包括：

腔室，该腔室布置在加工室的下部部分处，该腔室具有用于将气体流引入腔室中的气体入口，

接触区，该接触区布置在腔室上方，该接触区用于使颗粒材料流与气体流接触，

其中，腔室和接触区由气体分配板隔开，

其中，接触区包括用于颗粒材料流与气体流之间的接触的接触路径，接触区具有从气体分配板直立从而将接触路径的内部部段与相邻的环形外部部段分开的至少一个筒形分隔部，其中，所述至少一个分隔部设置有转移开口，该转移开口构造成允许颗粒材料从内部部段向相邻的环形外部部段行进，

其中，气体分配板设置有开口，这些开口构造成允许气体流以倾斜向上导向的方向从腔室向接触区行进，以建立颗粒材料在接触区中在沿着接触路径的移位方向上的移位，

入口，该入口用于在供应位置处将颗粒材料供应至接触路径的内部部段，当沿接触路径的内部部段中的颗粒材料移位方向观察时，该供应位置位于相邻分隔部中的转移开口的上游，

出口，该出口用于在排出位置处将经加工的颗粒材料从接触路径的环形外部部段排出，当沿接触路径的环形外部部段中的颗粒材料移位方向观察时，该排出位置位于相邻分隔部中的转移开口的下游。

根据本发明的装置包括加工室，该加工室通常具有由壳体的直立壁界定的圆形横截面。在加工室的下部部分中布置有具有用于给送气体的气体入口的腔室(下文中也称为下部腔室；在本领域中也称为风箱)，该下部腔室通过气体分配板(在本领域中也称为叶片(blade)或翼片(vane))与上方的接触区隔开，在气体分配板中设置有多个开口(下文中也称为旋流开口)。旋流开口为从腔室进入接触区的气体射流引入倾斜旋转分量，从而导致颗粒材料在从供应位置沿着接触路径直至排出位置的移位方向上的移位。在接触区中布置有从气体分配板直立的至少一个筒形分隔部。通常存在一定数目的分隔部，比如在2个至10个的范围内，例如3个至5个，这些分隔部具有不同的直径，直径例如为加工室的内径的0.2倍(参见下文)、0.4倍、0.6倍和0.8倍。分隔部界定从颗粒材料的供应位置至颗粒材料的排出位置的接触路径，其中，气体流接触并携带颗粒材料作为气体分配板上方的移动(滑动)层或床。分隔部将接触路径分成内部接触路径部段——通常为内部环形接触路径部段——以及相邻的外部环形接触路径部段。在多个分隔部的情况下，内部(环形)接触路径部段将被称为最靠内(环形)接触路径部段，并且外部环形接触路径部段将被称为最靠外环形接触路径部段，而布置在最靠内(环形)接触路径部段与最靠外环形接触路径部段之间的任何环形接触路径部段被表示为中间环形接触路径部段。颗粒材料通过供应位置处的入口而被给送至内部(环形)接触路径部段，并且经加工的颗粒材料与气体流或一部分气体流一起通过排出位置处的出口从外部环形部段排出。每个分隔部具有转移开口(也称为端口)，其允许通过由气体流引起的离心力而将正被加工的颗粒材料从接触路径的内部部段转移至相邻的外部部段。因此，正被加工的颗粒材料遵循螺旋的路径从内部部段移动至外部部段处的排出出口，该移动受通过气体分配板中的旋流开口的气体流的迫使。内部(环形)部段中的颗粒材料的供应位置位于相邻分隔部中的转移开口的上游，有利地使得所供应的颗粒材料沿着(环形)内部接触路径部段基本上跨越其整个(圆形)长度而移位至转移开口。于是防止了从供应位置至转移开口的捷径。有利地，当沿接触路径的内部部段中的颗粒材料移位方向观察时，接触路径的内部(环形)部段中的供应位置与相邻分隔部中的转移开口相隔至少270°。优选地，当沿与接触路径的内部部段中的颗粒材料移位方向相反的方向观察时，供应位置还邻近于相邻分隔部中的转移开口。重叠是可能的，前提是速度的旋转分量足够大以防止颗粒材料从供应位置走捷径至转移开口或者从转移开口走捷径至排出位置。所供应的颗粒材料沿着环形接触路径部段基本上跨越环形接触路径部段的整个圆形长度而从供应位置移位至转移开口。相同的推论适用于排出出口相对于转移开口的位置。有利地，当沿接触路径的环形外部部段中的颗粒材料移位方向观察时，接触路径的环形外部部段中的排出位置与相邻的向内布置的分隔部中的转移开口相隔至少270°，优选地，当沿与接触路径的环形外部部段中的颗粒材料移位方向相反的方向观察时，排出位置邻近于相邻分隔部中的转移开口。

通常，颗粒材料相对于旋转产生的气体流并流地、优选地切向地被给送至内部接触路径部段。在内部接触路径部段中有多于一个的供应位置是可行的。

可选地，加工室还具有上部排出部段，上部排出部段连接至出口，从而将气体流(或气体流的剩余部分)以及所携带的颗粒材料的任何粉尘和轻质颗粒从加工室中移除。粉尘和轻质颗粒可以从气体流中被过滤出来并且返回至颗粒流中或以其他方式被收集，例如使用布置在上部排出部段中的旋风分离器利用已经引入气体流的旋转运动来收集。气体可以再循环至腔室，可选地在对气体的某些特性比如温度、压力、组成和/或水分含量进行调节之后再循环至腔室。

与仅利用其外(约20％)周缘部分的现有技术装置相比，根据本发明的装置具有覆盖加工室的大横截面区域的接触区。因此，装置的操作利用加工室的较大横截面区域来用于气体与固体之间的接触。此外，由于颗粒材料流具有活塞流特性，因此可以以精确的方式控制停留时间，从而确保单个颗粒经受基本相同的加工处理。此外，通过提供由分隔部界定的明确限定的螺旋接触路径，停留时间与现有技术的环形床反应器构型相比可以延长，同时保持了通过密切接触造成的有利的质量和能量传递特性。

在优选实施方式中，接触区包括多个直立的筒形分隔部，每个分隔部具有构造成允许颗粒材料从接触路径的内部部段行进至相邻的外部部段的转移开口，其中，当沿相邻分隔部之间的接触路径的环形部段中的颗粒材料移位方向观察时，靠内的分隔部中的转移开口位于靠外的相邻分隔部中的转移开口的上游，优选地，当沿相邻分隔部之间的接触路径的环形部段中的颗粒材料移位方向观察时，靠内的分隔部中的转移开口与靠外的相邻分隔部中的转移开口相隔至少270°，更优选地，当沿与相邻分隔部之间的接触路径的环形部段中的颗粒材料移位方向相反的方向观察时，靠外的分隔部中的转移开口邻近于靠内的相邻分隔部中的转移开口。在这些布置结构中，颗粒材料优选地被迫从其入口流过每个环形流动部段路径的整个圆形长度至其出口，由此防止从分隔部中的一个转移开口经由直视线直接走捷径至靠外的相邻分隔部中的转移开口而由此绕过了相邻分隔部之间的中间环形接触路径部段。

在另一有利实施方式中，气体入口包括竖向延伸穿过接触区进入气体腔室中的中央管道，该管道界定内部环形接触路径部段的内侧部。在该实施方式中，直径例如为加工室的直径的0.2倍的中央管道用作内部环形接触路径部段的靠内边界，从而有助于颗粒材料和气体流的初始旋转运动。此外，将气体流沿与通过旋流开口的向上气体流相反的竖向方向给送至腔室改善了腔室中的气体分布。通常，中央管道从加工室的顶部向下延伸至下部腔室。优选地，气体流经由气体出口至少部分地从加工室移除，该气体出口在加工室的顶部处同心地包围中央管道。

有利地，具有成角度构型的旋流开口适合于其通入的环形接触路径部段。在优选实施方式中，气体分配板包括布置在环形部段中的向外导向的狭缝形状的开口，其中，在每个环形部段中，开口布置成相对于气体分配板的半径成径向角度。旋流开口的狭缝形状基本上覆盖了环形接触路径部段的整个宽度，从而确保颗粒材料在气体流作用下移位并防止死区。通常在15°至30°的范围内的径向角度考虑到颗粒材料由于离心力而趋向于积聚在分隔部或壳体壁处并迫使颗粒材料向前。在环形部段中，径向角度通常是恒定的。径向角度在部段与部段之间可以不同，特别地，狭缝形状的旋流开口的径向角度从最靠内的环形部段至最靠外的部段逐步减小。

在优选实施方式中，气体分配板包括布置在环形部段中的向外导向的狭缝形状的开口，其中，开口沿颗粒材料流的方向相对于接触区的轴线具有轴向角度，以便以倾斜向上的方向提供气体流，以建立颗粒材料在接触区中沿着接触路径的移位。通常轴向角度在45°至60°的范围内。

在优选实施方式中，气体分配板包括布置在环形部段中的狭缝形状的开口，其中，狭缝形状的开口的宽度从其内端部至其外端部增大。在该实施方式中，旋流开口的流通面积向外增大，以补偿在环形部段的外部部分处的较大的颗粒材料流。

最优选地，旋流开口以一径向角度、一轴向角度布置并且具有梯形形状，其中，小底在其内端部处而大底在其外端部处，如上所述。

为了进一步增强和/或控制腔室中向气体分配板的气体分配，优选地，腔室包括布置在气体分配板下方的歧管，歧管具有尺寸可调节的歧管开口。可调节的歧管开口允许根据特定接触路径部段处所需的比例调整气体流。例如，在利用(加热的)空气干燥颗粒材料时，湿的颗粒材料被给送至最靠内的环形接触路径部段，在此处需要比中间部段(如果有的话)以及最靠外的环形接触路径部段——颗粒材料以部分干燥的状态进入中间部段以及最靠外的环形接触路径部段——更多的热量来干燥颗粒材料。

在示例中，歧管是允许控制每部段的开口尺寸的隔板类型。例如，歧管包括具有下部歧管开口的下部环形板部段和具有上部歧管开口的上部环形板部段，其中，相配合的下部环形板部段和上部环形板部段能够相对于彼此同心地移位。

在又一实施方式中，全部数目的部段中的每个环形接触路径部段或其中的几个环形接触路径部段例如使用由各自具有其自身的气体入口的环形流动通道组成的气体歧管而被给送有就温度、湿度、压力和/或组成而言的专用气体流，该气体歧管可以与来自适当来源的专用气体一起使用。这样的实施方式允许从接触区的内部至外部在环形接触路径部段中对颗粒材料依次执行不同的加工操作。

歧管开口可具有径向开槽的构型。在有利实施方式中，歧管开口具有弧形截面开槽构型。

为了迫使颗粒材料通过外部环形接触路径部段处的排出出口，环形外部接触路径部段可以具有用于将经加工的颗粒材料导向至排出出口的偏转器，从而有利地将靠内的相邻分隔部中的开口与出口的排出位置隔开。

分隔部中的转移开口有利地具有可调节的尺寸，颗粒材料通过该转移开口而从一个环形接触路径部段转移至相对于该环形接触路径部段靠外布置的相邻环形接触路径部段。在实施方式中，分隔部在气体分配板上方的高度是可调节的，例如使用滑动件来调节。为了允许在环形接触路径部段中一定程度地滞留颗粒材料，转移开口可以定位在气体分配板的平面上方的一定高度处。于是颗粒材料的移位模式、颗粒材料的滞留和气体流速联系在一起。为了避免颗粒材料的移动床层停顿，有利的是能够调节、优选地能够自动调节开口高度，特别是调节转移开口的下边缘。下边缘的最低高度位于气体分配板的层面处。然后不会发生滞留。

在又一优选实施方式中，界定分隔部中的转移开口的壁的下游部分向上倾斜地布置。在具有长尺寸的颗粒比如线状颗粒例如纤维碰撞界定转移开口的分隔部壁的竖向边缘时，这些颗粒倾向于折叠团起并粘附至该边缘。随着时间的推移，粘附的颗粒的数目可能会增多并积累成簇，该簇可能成为其他颗粒通过分隔部开口转移的障碍。因此，离开环形接触路径部段可能开始停顿。这个问题可以通过设置向上倾斜例如45°的部分来避免。塌陷的颗粒不会粘附在碰撞点处，而是会滑动至颗粒材料的移动床层上方的更高位置，使得塌陷的颗粒不会堵塞转移开口。经过一定的增长后，簇会变得过大、倒下并分裂。在另一实施方式中，邻近向上倾斜部分设置有向下倾斜部分。在该实施方式中，在向上倾斜部分上滑动的任何颗粒由于突然没有支撑而将在向上倾斜部分的顶部处松散(“跳下”)。

为了防止颗粒材料从一个环形接触路径越过分隔部的顶部边缘溢出至相邻的外部，分隔部的顶部有利地设置有保持件，保持件例如为部分地覆盖相邻的内部接触路径部段的向内导向的条带。

根据本发明的装置可以用于颗粒材料或所涉及的气体的许多处理，比如对生物质材料进行热加工，包括生物质材料的冷却、干燥、烘焙、热解、燃烧和/或气化，化学加工包括催化加工，以及冷却或干燥饲料或食物。其他应用包括基于形状、质量、尺寸和/或密度将颗粒材料分离成几部分，比如筛分，其中，根据本发明的装置用作风向转变器。通常，颗粒材料是散装物品，比如生物质、食物和饲料等生物材料。塑料材料也可以在根据本发明的装置中进行加工。在具有(暂时)粘附至分隔部的高度趋向性的潮湿材料的情况下，分隔部、特别是位于内部接触路径部段处的分隔部壁部分可以设置有不粘涂层。在加工研磨性颗粒材料的情况下，可以施用耐磨涂层。此类涂层可以设置为可以容易地更换和/或替换的单独的插入物，例如片材等。分隔部中的一个或更多个分隔部本身可以被加热和/或冷却，例如具有两个壁的分隔部。对分隔部的加热、特别是对最靠内的分隔部的加热降低了不期望的冷凝物沉积和粘附在各个分隔部处的风险。